[发明专利]一种提高高温合金涡轮盘和42CrMo调质钢轴摩擦焊接头强度的方法

说明书

技术领域：

本发明属于汽车发动机零部件焊接技术领域，特别涉及一种提高高温合金涡轮盘和42CrMo调质钢轴摩擦焊接头强度的方法。

背景技术：

汽车的广泛应用及当前人们对节能、高效和环保等要求的不断提高，为涡轮增压技术的发展和应用提供了广阔的市场需求和发展空间，涡轮增压器也越来越受到汽车厂商和广大消费者的青睐。涡轮是涡轮增压器的核心部件，我国所用材质一般为铁基或镍基K418高温合金，被称为“发动机的心脏”。主轴采用综合性能较好的调质态42CrMo钢，两者通过焊接方式连接在一起，构成涡轮增压器的转子轴。

K418/42CrMo焊接属于典型的异种金属焊接，两种金属由于各自成分、性能的差异导致焊接比较困难，传统的焊接方式已经不能满足生产要求。摩擦焊以其独特的优势已成为K418/42CrMo异种金属焊接的首选工艺，但是目前发表的一些数据显示这两者连接的焊接工艺不稳定，接头强度不高，迫切需要一个相对合适的焊接工艺保证这异种金属焊接接头的高强度。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种提高高温合金涡轮盘和42CrMo调质钢轴摩擦焊接头强度的方法，该方法能够解决K418/42CrMo异种材料连接接头强度不高的缺陷。

本发明所提供的一种提高高温合金涡轮盘和42CrMo调质钢轴摩擦焊接头强度的方法，该方法具体步骤如下：

(1)在所述高温合金涡轮盘一侧设置长度3～5mm的回转凸台，所述回转凸台作为焊接接触面。

(2)施焊前，对所述高温合金涡轮盘和42CrMo调质钢轴待焊接表面进行除锈除污处理。

(3)连续驱动摩擦焊，控制摩擦焊接时的二级压力和缩短量，采用强规范参数，二级摩擦过程中摩擦时间控制为6-12秒，顶锻压力用高压力规范，顶锻保压时间5s，使所述高温合金涡轮盘与所述42CrMo调质钢轴形成冶金结合。冶金结合是指两种金属界面间原子相互扩散而形成的结合。这种结合或者是连接状态，是在一定温度或压力的作用下或者温度和压力共同作用下形成的。

(4)焊接完成后，对连接件进行3个小时550℃的回火热处理。

所述高温合金涡轮盘为铸态K418镍基高温合金涡轮盘；所述铸态K418镍基高温合金涡轮盘的成分按重量百分比为：C:0.08～0.16,Cr:11.50～13.50,Al:5.50～6.40,Ti:0.50～1.00,Mo:3.80～4.80,Nb:1.80～2.50,Si:≤0.50,Mn:≤0.50,Fe:≤1.00,其余为Ni及不可避免的杂质。

本发明能够稳定地获得高强度的K418/42CrMo异种金属的焊接接头，并应用到实际产品的生产过程中。

附图说明：

图1为本发明高温合金涡轮盘和42CrMo调质钢轴焊接工件形貌图；

图2为本发明高温合金涡轮盘和42CrMo调质钢轴焊接接头结合面光学显微组织图；

图3为本发明摩擦焊试样拉伸断口宏观形貌图。

具体实施方式：

本发明提供一种提高高温合金涡轮盘和42CrMo调质钢轴摩擦焊接头强度的方法，该方法包括：

(1)高温合金涡轮盘为铸态K418镍基高温合金。其成分按重量百分比为C:0.08～0.16,Cr:11.50～13.50,Al:5.50～6.40,Ti:0.50～1.00,Mo:3.80～4.80,Nb:1.80～2.50,Si:≤0.50,Mn:≤0.50,Fe:≤1.00,其余为Ni及不可避免的杂质。

(2)高温合金涡轮盘一侧有长度为3～5mm的回转凸台。

(3)连接接头所用的轴是调质态锻造的42CrMo轴。

(4)高强度连接接头形成工艺中，采用连续驱动摩擦焊焊接设备。施焊前，对焊接件进行除锈除污等表面处理，连续驱动摩擦焊接时采用强规范参数，要求二级摩擦过程中摩擦时间控制为9±3秒。顶锻压力用高压力规范，顶锻保压时间5s。

(5)连续驱动摩擦焊后的连接件需进行3个小时550℃的回火热处理。

实施例1：材料选用真空熔炼铸造生产的铸态K418镍基高温合金涡轮盘和调质态锻造42CrMo轴，其化学成分分别见表1和表2，

表1 K418化学成分(质量分数，％)

表2 42CrMo化学成分(质量分数，％)